JP2012117445A - インバータ収納部およびこれを備えているインバータ一体型電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】カバー部材における振動を低減させ、騒音の発生を抑制できるインバータ収納部を提供する。
【解決手段】開口部１９を有し、内部にＣＰＵ基板３５に実装されたインバータ装置が収容設置される金属製の収容部本体２１と、開口部１９を密閉可能に覆う金属製のカバー２３と、が備えられているインバータ収納部１７であって、カバー２３の中央部分２７は、剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされ、ＣＰＵ基板３５を支持する支柱３７は、中央部分２７の開口部１９に面する内側面２８に配置される振動を低減させる制振材２９を中央部分２７に押圧するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インバータ収納部およびこれを備えているインバータ一体型電動圧縮機に関するものである。

電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載される空調装置用の圧縮機として、インバータ装置が一体に組込まれている電動圧縮機が用いられている。
このインバータ一体型電動圧縮機は、電動モータと圧縮機構とが内蔵されるハウジングの外周にインバータ収容部（インバータボックス）が設けられている。インバータ収容部の内部には、高電圧電源ユニットから供給される直流電力を三相交流電力に変換し、電動モータに給電するインバータ装置が組込まれている。
インバータ収容部には、インバータ装置を挿入する開口部を有する本体と、開口部を密閉可能に覆うカバー部材とが備えられている。

このようなインバータ装置は、防湿／防水が必要であり、一部の電装品を樹脂封入したり、インバータ収容部内にジェル材を充填したりするとともに、本体の開口部をカバー部材によって密閉シールし、防水構造としている。
この密閉シールは、開口部の周囲とカバー部材との間に介装された、防水パッキンによって行われるのが通常である。

密閉性を向上させるために剛性の高い金属製、たとえば、特許文献１に示されるように車両部品としてよく用いられているアルミダイカスト製の本体とカバー部材とが用いられているものが提案されている。
また、圧縮機が発生する騒音が外部に伝達されるのを抑制するものとして、特許文献２に示されるように全体を制振鋼板で覆うようにしたものが提案されている。

特開２０１０−１７８５３７号公報 特開平２−１６３４７９号公報

ところで、本体とカバー部材とが一部直接接触し、あるいは締め付け用のボルトを介して接触するので、両者はメタルタッチしていることになる。このようにメタルタッチとされると、圧縮機等で発生する振動が、本体を介してカバー部材によく伝達されるので、カバー部材が振動する。
カバー部材は、一般に、たとえば、矩形状等の単純な形をしているので、振動によって音が発生し易く、インバータ一体型電動圧縮機全体の騒音レベルを大きくする。
この騒音が外部に伝達されるのを抑制するために、特許文献２に示されるように全体を制振鋼板で覆うようにするのは、コスト的にも重量的にも好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑み、カバー部材における振動を低減させ、騒音の発生を抑制できるインバータ収納部およびこれを備えているインバータ一体型電動圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様は、開口部を有し、内部に基板に実装されたインバータ装置が収容設置される金属製の収容部本体と、前記開口部を密閉可能に覆う金属製のカバー部材と、が備えられているインバータ収納部であって、前記カバー部材の中央部分は、剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされ、前記基板を支持する支柱部材は、前記中央部分の前記開口部に面する内側面に配置される振動を低減させる制振部材を前記中央部分に押圧するように構成されているインバータ収納部である。

騒音全体の大きさは、１０００〜１８００Ｈｚの騒音が支配的であることが分かっている。
本態様によるインバータ収納部では、カバー部材の中央部分の剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされているので、オーバーオール値に対する割合である占有率が高い支配的な騒音範囲で共振することがない。このため、占有率が低い６００Ｈｚ以下の固有値の近辺で共振したとしても支配的な騒音範囲で共振しないので、全体の騒音を低減することができる。
また、中央部分の開口部に面する内側面に振動を低減させる制振部材が支柱部材によって押し付けられているので、制振部材は固有値付近での共振を含め、カバー部材の振動レベルを低減することができる。
これらにより、インバータ収納部からの騒音を低減することができる。

中央部分の厚さを薄くしているので、カバー部材を軽量化できる。かつ、制振部材は、基板を支持する支柱部材によってカバー部材に押し付けられているので、支柱部材は基板の支持と制振部材の取り付けの機能を兼用していることになる。これらにより、インバータ収納部のコスト増加を抑制することができる。
また、言い換えれば、支柱部材は基板を支持することによって基板の振動を低減させているし、制振部材を押し付けることによってカバー部材の振動を低減させている。
収容部本体およびカバー部材は金属製であるので、高面圧を要する密閉性の高いシール材を用いることができ、十分なシール性を確保することができる。
なお、ここで「中央部分」とは、収容部本体と接合される周縁部分に対する意味である。制振部材は、物理的な中心に限らず中央部分の任意の位置に設けることができる。

本発明の第二態様は、開口部を有し、内部に基板に実装されたインバータ装置が収容設置される金属製の収容部本体と、前記開口部を密閉可能に覆う金属製のカバー部材と、が備えられ、前記収容部本体に前記基板を覆うようにジェル材が収納されているインバータ収納部であって、前記カバー部材の中央部分は、剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされ、前記中央部分の前記開口部に面する内側面に振動を低減させる制振部材が固定して取り付けられ、一端部が前記カバー部材に固定された棒状部材の他端部が前記ジェル材の層に挿入されているインバータ収納部である。

騒音全体の大きさは、１０００〜１８００Ｈｚの騒音が支配的であることが分かっている。
本態様によるインバータ収納部では、カバー部材の中央部分の剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされているので、オーバーオール値に対する割合である占有率が高い支配的な騒音範囲で共振することがない。このため、占有率が低い６００Ｈｚ以下の固有値の近辺で共振したとしても支配的な騒音範囲で共振しないので、全体の騒音を低減することができる。
また、中央部分の開口部に面する内側面に振動を低減させる制振部材が取り付けられているので、制振部材は固有値付近での共振を含め、カバー部材の振動レベルを低減することができる。
さらに、棒状部材の端部がジェル材の層に挿入されているので、カバー部材の振動に伴い棒状部材が移動すると、ジェル材が抵抗となって棒状部材の移動を減衰させることができる。
これらにより、インバータ収納部からの騒音を低減することができる。

中央部分の厚さを薄くしているので、カバー部材を軽量化できるとともにコスト増加を抑制することができる。
収容部本体およびカバー部材は金属製であるので、高面圧を要する密閉性の高いシール材を用いることができ、十分なシール性を確保することができる。
なお、ここで「中央部分」とは、収容部本体と接合される周縁部分に対する意味である。制振部材は、物理的な中心に限らず中央部分の任意の位置に設けることができる。

本態様では、前記棒状部材の前記ジェル材の層に挿入された部分には、移動する際の抵抗を増加させる抵抗増加部が形成されていてもよい。

抵抗増加部によって、棒状部材がジェル材の層で移動する際にジェル材から受ける抵抗が増加するので、カバー部材の振動に伴う棒状部材の移動をより減衰させることができる。これにより、インバータ収納部からの騒音をより低減することができる。

前記第一態様および第二態様では、前記中央部分の厚さは、前記中央部分の面積の０．０３〜０．０４％の大きさとされていてもよい。

中央部分の剛性、すなわち、固有値は、面積と厚さとの比率、形状および材料等で決まる。中央部分の厚さを、前記中央部分の面積の０．０３〜０．０４％の大きさとすれば、固有値を６００Ｈｚ以下に収めることができる。

本発明の第三態様は、圧縮機構および該圧縮機構を作動する電動モータが内蔵されているハウジングと、該ハウジングの外周に、第一態様あるいは第二態様にかかるインバータ収容部が備えられているインバータ一体型電動圧縮機である。

このように、防水性を維持して騒音の発生を抑制できるインバータ収容部を用いているので、インバータ一体型電動圧縮機は、厳しい防水要求に耐えるとともに騒音の発生を抑制することができる。

本発明にかかるインバータ収容部では、カバー部材の中央部分の剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされ、中央部分に振動を低減させる制振部材が取り付けられているので、インバータ収納部から発生する騒音を低減することができる。

本発明の第一実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機の外観側面図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 支柱の基板支持状態を示す部分断面図である。 剛性をパラメータとして、１／３オクターブ幅で周波成分を分析した中心周波数と騒音との関係を示すグラフである。 本発明の第二実施形態にかかるインバータ収容部を示す図２と同様部分の断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるインバータ収容部の他の実施態様における棒状部材の先端部を示す部分断面図である。 抵抗部の別の実施態様を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機１について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機１の外観側面図である。図２は、図１のＸ−Ｘ断面図である。図３は、支柱の基板支持状態を示す部分断面図である。
本実施形態においては、インバータ一体型電動圧縮機１は車両用空気調和機に用いられる圧縮機であって、インバータにより駆動回転数が制御されるものとして説明する。

インバータ一体型電動圧縮機１は、その外殻を構成する耐圧構造のハウジング３を備えている。この耐圧構造のハウジング３は、図示省略の電動モータが収容されるモータハウジング５と、図示省略の圧縮機構が収容される圧縮機ハウジング７とをボルト９で一体に締め付け固定することによって構成される。
このモータハウジング５および圧縮機ハウジング７は、耐圧容器として十分強度を確保できるようにアルミダイカスト製とされている。

ハウジング３内に内蔵される図示省略の電動モータおよび圧縮機構は、図示省略のモータ軸を介して連結され、電動モータの回転によって圧縮機構が駆動されるように構成されている。
モータハウジング５の一端側（図１の左側）には、冷媒吸入ポート１１が設けられており、この冷媒吸入ポート１１からモータハウジング５内に吸入された低温低圧の冷媒ガスは、電動モータの周囲をモータ軸線Ｌ方向に沿って流通後、圧縮機構に吸い込まれて圧縮される。
圧縮機構により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、圧縮機ハウジング７内に吐き出された後、圧縮機ハウジング７の一端側（図１の右側）に設けられている吐出ポート１３から外部へと送出されるように構成されている。

ハウジング３には、モータハウジング５の一端側（図１の左側）の下部および圧縮機ハウジング７の下部側の２箇所と、圧縮機ハウジング７の上部側の１箇所との計３箇所に取付脚１５が設けられている。
インバータ一体型電動圧縮機１は、この取付脚１５が車両のエンジンルーム内に設置されている走行用原動機の側壁等にブラケットおよびボルトを介して固定設置されることにより搭載されるようになっている。

また、モータハウジング５の外周部には、その上方部に略直方体形状をしたインバータ収容部１７が一体に成形されている。
インバータ収容部１７には、一面（図１の上側）が開放された開口部１９を形成する所定高さの周囲壁により囲われたボックス構造とされた収容部本体２１と、収容部本体２１の開口部１９を密閉可能に覆うカバー（カバー部材）２３とが備えられている。
カバー２３は、図示しない、たとえば、樹脂製のシール部材を介して収容部本体２１に複数のボルト２５によって固定される。

収容部本体２１およびカバー２３は、アルミダイカスト製である。カバー２３は、図２に示されるように、収容部本体２１に取り付けられる部分である厚肉の周縁部２６と、周縁部２６の内側の中央部分２７と、で構成されている。
中央部分２７の厚さは、図２に二点鎖線で示される従来のものに比べて薄くされている。
中央部分２７は、たとえば、７０ｍｍ×７０ｍｍの正方形とされ、厚さは、１．６ｍｍとされている。すなわち、厚さは、中央部分２７の面積である４９００平方ｍｍの０．０３３％の大きさとされている。
なお、中央部分２７の厚さは、中央部分２７の面積に対してその０．０３〜０．０４％の大きさとされるのが好ましい。

従来用いられていた通常剛性のカバー２３と、本実施形態にかかる中央部分２７の厚さを薄くして剛性を低減（剛性ダウン）したカバー２３と、について１／３オクターブ幅で周波成分を分析した。図４は、その結果を横軸に中心周波数を、縦軸に騒音を取って示している。
これを見ると、通常剛性のものは、周波数が１０００〜１６００Ｈｚで騒音が大きくなる、言い換えれば固有値を有するのに対し、本実施形態の中央部分２７の厚さを薄くして剛性を低減したカバー２３では、５００Ｈｚで通常剛性のものよりも騒音が大きくなっている。すなわち、本実施形態の剛性を低減したカバー２３の固有値は５００Ｈｚ前後である。
なお、カバー２３の剛性は、固有値が６００Ｈｚ以下となる大きさとされるのが好ましい。

インバータ収容部１７の内部には、高電圧電源から供給される直流電力を三相交流電力に変換して電動モータに給電するインバータ装置３１が組み込まれ、空調負荷に応じて電動圧縮機の回転数を可変制御できるように構成されている。
インバータ装置３１は、高電圧電源ラインに設けられる図示省略の平滑コンデンサやノーマルモードコイル、コモンモードコイル等の高電圧系部品と、複数個の電力用半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）とそれを動作させるパワー系制御回路とが実装されたパワー系基板、ＣＰＵ等の低電圧で動作する素子を有する回路が実装されたＣＰＵ基板（基板）３５、各種接続用の端子等が一体にインサート成形されたインバータモジュール３３と、を備えている。
インバータ装置３１は、図示しない配線ケーブルによって外部の高電圧電源あるいは車両側の上位制御装置である車両側ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と接続されるように構成されている。

たとえば、ＣＰＵ基板３５は収容部本体２１の底面に固定され、略鉛直に延在する円柱形状の支柱（支柱部材）３７によって支持されている。
支柱３７は、ＣＰＵ基板３５の貫通孔３９に遊挿されている。支柱３７には、ゴム製の接続部材４１が固定して取り付けられている。接続部材４１の外周には、ＣＰＵ基板３５の貫通孔３９の内周部が係合する溝が形成されている。ＣＰＵ基板３５は、貫通孔３９が接続部材４１の溝に係合することによって支柱３７に支持されている。
なお、ＣＰＵ基板３５は接続部材４１を介在させずに、支柱３７に直接固定するようにしてもよい。

支柱３７の長さは、自由端（図２の上側）が、中央部分２７の開口部１９に面する内側面２８に配置される制振材（制振部材）２９を中央部分２７に押圧できる位置になるように設定されている。
制振材２９は、高温高比重のブチルゴム製とされている。制振材２９としては、これに限定されず、ゴム系材料、熱硬化性樹脂材料、制振塗料等が用いられる。
制振材２９の面積は、支柱３７によって押圧された際、中央部分２７に十分密着する大きさとされている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
騒音全体の大きさであるオーバーオール値は、１０００〜１８００Ｈｚの騒音が支配的であることが分かっている。
本実施形態によるインバータ収容部１７では、カバー２３の中央部分２７の厚さが薄くされ、剛性が弱められている。このカバー２３の固有値は６００Ｈｚ以下である約５００ＨＺであるので、オーバーオール値に対する割合である占有率が高い支配的な騒音範囲である１０００〜１８００Ｈｚで共振することがなく、占有率が低い５００Ｈｚ近傍で共振する。

このように、オーバーオール値に対する割合である占有率が低い６００Ｈｚ以下の固有値の近辺で共振したとしても支配的な騒音範囲で共振しないので、全体の騒音を低減することができる。
また、中央部分２７の開口部１９に面する内側面２８に振動を低減させる制振材２９が支柱３７によって押し付けられているので、制振材２９は固有値付近での共振を含め、カバー２３の振動レベルを低減することができる。
これらにより、インバータ収納部１７から発生する騒音を低減することができる。

また、支柱３７はＣＰＵ基板３５を支持しているので、振動し易いＣＰＵ基板３５の振動を低減させることができる。このため、場合によっては、従来、インバータ収容部１７内に、ＣＰＵ基板３５等の防振等のために充填されていたシリコンジェル等からなるジェル材を省略することができる。
このように、支柱３７はカバー２３の振動低減および基板の振動低減の機能を有していることになる。
言い換えれば、制振材２９は、ＣＰＵ基板３５を支持する支柱３７によってカバー２３に押し付けられているので、支柱３７はＣＰＵ基板３５の支持と制振材２９の取り付けの機能を兼用していることになる。

比重の大きい金属製である中央部分２７の厚さが薄くされているので、カバー２３を軽量化することができる。
これらにより、インバータ収納部１７のコスト増加を抑制することができる。
収容部本体２１およびカバー２３はアルミダイカスト製であるので、高面圧を要する密閉性の高いシール材を用いることができ、十分なシール性を確保することができる。

なお、本実施形態では、基板としてＣＰＵ基板３５を例示しているが、これに限定されるものではない。パワー系基板等適宜のものを用いてもよい。
また、支柱３７および制振材２９は１箇所としているが、これに限定されず、複数箇所に設けてもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかるインバータ一体型電動圧縮機１について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、制振構造の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。

図５は、本実施形態にかかるにかかるインバータ収容部１７を示す図２と同様部分の断面図である。
本実施形態では、中央部分２７の内側面２８に配置される制振材２９は、中央部分２７に、たとえば、ボルト４３によって固定して取り付けられている。
ＣＰＵ基板３５は、収容部本体２１に取り付けられている。ＣＰＵ基板３５の上部には、防振等のためにシリコンジェル等からなるジェル材が充填されたジェル層（層）４５が備えられている。

カバー２３（制振材２９）の下部には、棒状部材４７の一端が固定して取り付けられている。棒状部材４７は、ＣＰＵ基板３５に向けて延在し、先端部はジェル層４５に挿入されている。
制振材２９は、中央部分２７の略中央部に取り付けられている。制振材２９の取付位置は、中央部に限らず任意の位置に取り付けられてもよい。

このように構成された本実施形態の作用・効果について説明する。中央部分２７の薄肉化および制振材２９による作用・効果は、第一実施形態と同様であるので、ここでは重複した説明を省略する。
本実施形態では、棒状部材４７の端部がジェル層４５に挿入されているので、カバー２３の振動に伴い棒状部材４７が移動すると、ジェル材が抵抗となって棒状部材４７の移動を減衰させることができる。このため、カバー２３の振動を低減させることができるので、インバータ収納部１７から発生する騒音を低減することができる。
すなわち、ジェル層４５がカバー２３の制振部材として機能することになる。

なお、図６に示されるように棒状部材４７の先端部、言い換えるとジェル層４５に挿入された部分に、移動する際の抵抗を増加させる抵抗増加部４９が形成されていてもよい。
抵抗増加部４９は、円板とされている。抵抗増加部４９は、棒状部材４７から突起していればよく、楕円形等の曲線で囲まれた形状、多角形状等任意の形状とされてよい。

このようにすると、抵抗増加部４９によって、棒状部材４７がジェル層４５内で移動する際にジェル材から受ける抵抗が増加するので、カバー２３の振動に伴う棒状部材４７の移動をより減衰させることができる。これにより、インバータ収納部１７から発生する騒音をより低減することができる。

また、図７に示されるように、円板の一面に円筒状の立て板５１を設けてもよい。
立て板５１は、円板の両面に設けてもよいし、周方向の一部に設けてもよい。また、立て板５１は、円筒状に限らず任意の形状とされてよい。

なお、本実施形態では、基板としてＣＰＵ基板３５を例示しているが、これに限定されるものではない。パワー系基板等適宜のものを用いてもよい。
また、制振材２９および棒状部材４７は１箇所としているが、これに限定されず、複数箇所に設けてもよい。

なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。

１ インバータ一体型電動圧縮機
３ ハウジング
１７ インバータ収容部
１９ 開口部
２１ 収容部本体
２３ カバー
２７ 中央部分
２９ 制振材
３１ インバータ装置
３５ ＣＰＵ基板
３７ 支柱
４５ ジェル層
４７ 棒状部材
４９ 抵抗増加部
５１ 立て板

Claims (5)

1. 開口部を有し、内部に基板に実装されたインバータ装置が収容設置される金属製の収容部本体と、
   前記開口部を密閉可能に覆う金属製のカバー部材と、
   が備えられているインバータ収納部であって、
   前記カバー部材の中央部分は、剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされ、
   前記基板を支持する支柱部材は、前記中央部分の前記開口部に面する内側面に配置される振動を低減させる制振部材を前記中央部分に押圧するように構成されていることを特徴とするインバータ収納部。
2. 開口部を有し、内部に基板に実装されたインバータ装置が収容設置される金属製の収容部本体と、
   前記開口部を密閉可能に覆う金属製のカバー部材と、
   が備えられ、前記収容部本体に前記基板を覆うようにジェル材が収納されているインバータ収納部であって、
   前記カバー部材の中央部分は、剛性が弱められ、固有値が６００Ｈｚ以下になるように薄くされ、
   前記中央部分の前記開口部に面する内側面に振動を低減させる制振部材が固定して取り付けられ、
   一端部が前記カバー部材に固定された棒状部材の他端部が前記ジェル材の層に挿入されていることを特徴とするインバータ収納部。
3. 前記棒状部材の前記ジェル材の層に挿入された部分には、移動する際の抵抗を増加させる抵抗増加部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のインバータ収納部。
4. 前記中央部分の厚さは、前記中央部分の面積の０．０３〜０．０４％の大きさとされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインバータ収納部。
5. 圧縮機構および該圧縮機構を作動する電動モータが内蔵されているハウジングと、
   該ハウジングの外周に、請求項１ないし４のいずれかのインバータ収容部が備えられていることを特徴とするインバータ一体型電動圧縮機。
   

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